Что такое Осциллограф? Какие бывают цифровые осциллографы? Вводный обзор от 3DTool

Содержание:

1. Введение
2. Типы осциллографов
3. Осциллографы RIGOL
4. Вывод

Всем привет. С вами компания 3Dtool.

Невозможно представить современный мир без устройств для хранения, обработки и передачи информации. Эти устройства появились благодаря изучению электричества и его практического применения, чем занимается электроника - одна из самых широких и быстро развивающихся областей науки. Электронные исследования определяют будущее многих отраслей современной науки, от экспериментальной физики до компьютерных технологий.

Введение

С момента перехода человечества в век электричества прошло уже более двух столетий. За это время был создан целый ряд электронных устройств и приборов. Однако, все эти электронные творения не могли бы функционировать без одного незаменимого прибора - осциллографа, который позволяет контролировать, измерять и регистрировать электрический сигнал и несмотря на все инновации в области электроники, для разработки и настройки новых устройств требуется визуальное наблюдение за сигналами. Осциллограф является одним из ключевых элементов современной электроники и его значение невозможно переоценить.

История создания осциллографа восходит к трудам французского физика Андре Блонделя, который в 1893 г. решил проблему интегральной синхронизации и разработал бифилярный тип осциллографа. Однако первый прибор, позволяющий изучать электрические сигналы, был создан российским физиком Робертом Андреевичем Колли из Казани. В 1885 г. он создал прототип светолучевого (шлейфного) осциллографа - осциллометра. К сожалению, этот прибор позволял исследовать только низкочастотные колебания и имел ограниченное применение.

Осциллограф с подвижной катушкой Дадделла с зеркалом и двумя поддерживающими подвижными катушками с каждой стороны от него

Технический прогресс за последние десятилетия значительно ускорился, а измерительные приборы стали обладать внушительным функционалом, закрывая текущие потребности в исследованиях.
Современные осциллографы могут быть аналоговыми или цифровыми, а также обладают различными функциями, такими как измерение частоты, амплитуды, длительности и других параметров сигнала и применяются в различных областях науки и техники, таких как:

• Разработка и тестирование электронных устройств: Осциллографы используются для проверки функционирования электронных компонентов и систем, таких как интегральные схемы, транзисторы, микропроцессоры и т.д.
  
• Отладка и диагностика электронных систем: Осциллографы помогают определить причины неисправностей в электронных системах, а также проверить корректность работы электрических схем.
  
• Измерение и анализ параметров сигналов: С помощью осциллографов можно измерять амплитуду, частоту, форму и другие характеристики электрических сигналов.
  
• Тестирование и отладка программного обеспечения: Осциллографы могут использоваться для анализа сигналов, генерируемых в процессе выполнения программного кода, что помогает находить ошибки и оптимизировать производительность ПО.
  
• Обучение и научные исследования: Осциллографы активно используются в учебных лабораториях и научных исследованиях для изучения электрических процессов и явлений.
  
• Калибровка и юстировка оборудования: Осциллографы применяются для настройки и проверки точности измерительных приборов, например, частотомеров или вольтметров.
  

Существует множество различных типов осциллографов, каждый из которых предназначен для выполнения определенных задач. Например, существуют осциллографы для исследования аналоговых и цифровых сигналов, для тестирования импульсных источников питания, для исследования высокочастотных сигналов и так далее.

На дисплее осциллографа ось X представляет временной интервал, а ось Y соответствует частоте. Многие электрические сигналы являются импульсными, то есть их интенсивность модулируется в зависимости от времени. Схема этой модуляции часто повторяется, образуя волну. Повторяющаяся часть последовательности сигналов называется циклом, а осциллограф отображает ее в виде сигнала.
Многие осциллографы имеют несколько каналов, которые могут одновременно измерять несколько сигналов. В этом случае может быть интересно взглянуть на свойства отдельных сигналов и сравнить различия между ними – например, измерить фазовые сдвиги, которые являются мерой разницы во времени между двумя в остальном идентичными волнами.

В цифровых осциллографах для «подключения» к тестируемой цепи устройства используются пробники. Во многих пробниках используются резисторы для ослабления измеряемого напряжения, которое затем можно компенсировать при показаниях осциллографа. Однако крайне важно, чтобы пробник никоим образом не искажал электрический сигнал устройства.

Пассивный пробник цифрового осциллографа RIGOL

Существует несколько различных типов пробников для осциллографов, которые можно разделить на два основных типа: активные и пассивные пробники. Ключевое различие между этими типами заключается в том, что активным пробникам необходим внешний источник для обеспечения питания активных компонентов исследуемого устройства, таких как транзисторы или усилители. Активные пробники также предоставляют более широкую полосу пропускания по сравнению с пассивными, для работы которых не требуется внешний источник питания. Важно выбрать подходящий тип активных или пассивных пробников для каждой конкретной области применения, где его свойства будут наиболее полезными.

Активный пробник 1.5GHz осциллографа RIGOL

Типы осциллографов

Существует два типа осциллографов: аналоговые и цифровые. Аналоговые фиксируют и отображает форму волны напряжения в ее исходной форме, а цифровые использует аналого-цифровой преобразователь для сбора и хранения информации в цифровом виде.
На сегодняшний день самое большое распространение среди большинства инженеров получили цифровые осциллографы, которые в свою очередь делятся на следующие подтипы:

Цифровой запоминающий осциллограф (DSO):

Цифровой запоминающий осциллограф (DSO) является наиболее распространенным типом осциллографа в связи с расширенными функциями запуска, сохранения, отображения и анализа сигнала, которые он предлагает. Этот тип осциллографа работает с цифровым представлением сигнала вместо аналоговых методов, обеспечивая высокую точность и разрешение при анализе входных данных.

Цифровой люминофорный осциллограф (DPO):

Это современная технология, которая объединила самое лучшее, взятое из аналоговых и цифровых приборов. Осциллографы DPO являются лучшим универсальным инструментом проектирования и часто используются для расширенного анализа, тестирования, цифровой отладки, цифрового проектирования и др. Цифровой люминофор в осциллографах обеспечивает вывод времени, амплитуды, интенсивности амплитуды во времени.

Осциллограф смешанных сигналов (MSO):

Это тип цифрового запоминающего осциллографа, используемый для одновременного отображения и сравнения аналоговых и цифровых сигналов. Его входные каналы способны обрабатывать как аналоговые, так и цифровые сигналы, причем аналоговые сигналы представляются в виде изменения амплитуды сигнала напряжения со временем.

Осциллограф смешанного диапазона (MDO):

Эти осциллографы предоставляют те же возможности, что и осциллографы смешанных сигналов, но также оснащены встроенным анализатором спектра, добавляя радиочастотную отладку к аналоговым и цифровым возможностям.

Цифровой стробоскопический осциллограф (DCA):

Используются для изучения временных и амплитудных характеристик периодических сигналов, визуализации их формы. Полоса пропускания и высокоскоростная синхронизация DCA в 10 раз выше, чем у других осциллографов для повторяющихся сигналов.

Цифровой осциллограф смешанных сигналов RIGOL MSO5074

Осциллографы RIGOL

RIGOL Technologies, Inc. - известная китайская компания, занимающаяся разработкой и производством контрольно-измерительных приборов, в частности осциллографов. Основанная в 1998 году, компания быстро завоевала доверие пользователей благодаря надежности и качеству своей продукции. За последние годы оборудование RIGOL заняло уверенную позицию на российском рынке контрольно-измерительной аппаратуры, составив серьезную конкуренцию популярным мировым брендам, таким как Tektronix, Keysight и Rohde & Schwarz.
Ассортимент осциллографов компании разделен на три базовые платформы UltraVision,

UltraVision

Семейство осциллографов на платформе UltraVision предназначена для пользователей, которым нужны надежные базовые инструменты визуализации и отладки по невысокой цене. Данная платформа довольно устаревшая, но до сих пор не потерявшая свою актуальность. Основные плюсы — небольшая стоимость и проверенное качество.
Особенности платформы:

• Производительность в диапазоне от 50 МГц до 1 ГГц;
  
• Длинные записи;
  
• Высокая скорость захвата сигналов;
  
• Цветные дисплеи с градацией интенсивности;
  
• Возможности расширенного анализа;
  
• Последовательное декодирование;
  
• Расширенный запуск;
  
• Режим записи;
  
• Логический анализ;
  
• Интегрированные генераторы функций.
  

На платформе UltraVision предлагаются 4-канальные осциллографы DS1000Z серии 1000Z и быстрые и универсальные осциллографы DS2000A серии 2000, охватывающие частоты до 300 МГц.

Осциллографы 2000 серии — одни из лучших в своем классе, сочетающий в себе соотношение цены и качества. Осциллографы серии 2000 предоставляют расширенные возможности запуска, большой дисплей и функции декодирования для клиентов с ограниченным бюджетом. Они позволяют анализировать высокоскоростные сигналы и оснащены большим дисплеем. Серия 2000A — быстрые и универсальные осциллографы, охватывающие частоты до 300 МГц, имеющие два канала и широкий вертикальный диапазон (500 мкВ/дел–10 В/дел), обеспечивающий чрезвычайно низкий уровень шума и помогающий захватывать сигналы меньшего размера.

Серия 1000Z — это платформа цифровых осциллографов RIGOL для базовой визуализации. 4-канальные осциллографы серии 1000Z выпускаются в версиях с частотой 50, 70 или 100 МГц, с 7-дюймовым дисплеем и технологией RIGOL UltraVision. Серия DS1000Z-E также является частью этого семейства и включает 2-канальные модели с частотой 100 и 200 МГц. Модели «-S» включают в себя 2-канальный встроенный генератор сигналов, а модели PLUS можно модернизировать до осциллографов смешанных сигналов при покупке комплекта RPL1116. Осциллографы серии имеют все функции анализа, декодирования, глубокой памяти и расширенные возможности запуска.

UltraVision II

Это, пожалуй, самая широко используемая платформа RIGOL, сочетающая в себе высокую производительность приборов, простоту их использования и невысокую цену.
Особенности семейства осциллографов на платформе UltraVision II:

• Чипсет Феникс: Все модели оснащены фирменным набором микросхем Phoenix от RIGOL и высокопроизводительной аппаратной архитектурой;
  
• Высокая частота дискретизации: Лучшие в своей категории частоты дискретизации до 10 Гвыб/с обеспечивают захват данных с высоким разрешением;
  
• Глубина записи: Приборы серии позволяют вести длительную запись с высоким разрешением;
  
• Универсальность: Комбинированные осциллографы имеют функционал нескольких приборов: осциллограф, 16-канальный логический анализатор, анализатор спектра, генератор сигналов произвольной формы, цифровой вольтметр, высокоточный частотомер, анализатор протоколов;
  
• Оснащение: Осциллограф имеет дистанционное управление, расширенную память и поддержку до 450 тыс. кадров для анализа осциллограмм и многое др;
  
• Удобство: Все устройства серии имеют пользовательский интерфейс нового поколения, встроенный сенсорный экран, эффективную эргономику, возможность работы через веб-приложение и встроенный выход HDMI.
  

С платформой UltraVision II поставляются осциллографы смешанных сигналов серии MSO5000, серии 7000 и серии MSO8000.

Семейство осциллографов MSO8000 сочетают в себе лучшее в своем классе качество выборки и глубину памяти с удобным пользовательским интерфейсом, реализованным на платформе UltraVision II с использованием запатентованной разработки компании RIGOL - чипа ASIC®RIGOL, что обеспечивает возможность сбора данных с частотой дискретизации до 10 Гвыб/с (1 канал) и высокую интеграцию всех функций.
Благодаря моделям 600 МГц, 1 ГГц и 2 ГГц, каждая из которых имеет 4 аналоговых канала, серия MSO8000 обладает высокой производительностью. Осциллографы серии MSO8000 имеют формат 7-в-1 с комбинированным функционалом: осциллограф, логический анализатор, анализатор спектра, генератор сигналов, вольтметр, частотомер и анализатор протоколов.
В серию входят модели осциллографов смешанных сигналов MSO8064, MSO8074A, MSO8104, MSO8154A, MSO8204, MSO8204A с аналоговыми и цифровыми каналами.

Осциллографы серии 7000 - современные настольные осциллографы смешанного сигнала, оснащенные большими емкостными цветными мультитач дисплеями. Благодаря моделям с полосой пропускания от 100 до 500 МГц, каждая из которых имеет 4 аналоговых канала, серия 7000 обеспечивает возможности анализа и визуализации для встраиваемых систем, анализа мощности, последовательного декодирования и радиочастотных приложений.
Благодаря использованию высокопроизводительной платформы RIGOL UltraVision II в сочетании с фирменным чипом ASIC RIGOL осциллографы этой серии обладают превосходными техническими характеристиками: большой длиной записи, поддержкой анализа протоколов различных каналов связи и оперативной памятью для многократного тестирования высокочастотных сигналов. Скорость захвата сигнала более 600 000 осц/с.
В серию входят модели DS701, DS7024, DS7034, DS7054 с аналоговыми каналами и модели смешанных сигналов MSO7014, MSO7024. MSO7034, MSO7054 с аналоговыми и цифровыми каналами.

Осциллографы серии MSO5000 сочетают в себе отличное качество выборки и глубину памяти с современным гибким пользовательским интерфейсом, реализованным на основе новой архитектуры UltraVision II. Благодаря моделям от 70 до 350 МГц, каждая из которых имеет 16 цифровых и 2 или 4 аналоговых канала, серия MSO5000 обеспечивает качественную работу с измерениями. Осциллографы серии имеют функционал нескольких приборов: осциллограф, 16-канальный логический анализатор, анализатор спектра, генератор сигналов произвольной формы, цифровой вольтметр, высокоточный частотомер, анализатор протоколов.
В серию входят модели осциллографов смешанных сигналов MSO5072, MSO5074, MSO5102, MSO5104, MSO5204, MSO5354 с аналоговыми и цифровыми каналами.

UltraVision III

Самая мощная и современная платформа RIGOL, UltraVision III, обеспечивает высочайшую производительность, скорость и возможности анализа.

• Пропускная способность: до 5 ГГц;
  
• Частота дискредитации: до 20 гВыб/сек;
  
• Глубина памяти: до 2 Гб;
  
• Скорость захвата сигналов: 1 млн/сек;
  
• Высокое разрешение.
  

На платформе UltraVision III поставляются новейшие осциллографы смешанных сигналов серии DS70000, осциллограф высокого разрешения серии DHO4000, DHO1000, DHO900 и серии DHO800.

Приборы серии DHO800 имеют компактный размер и несколько вариантов интерфейсов. Несмотря на компактный дизайн, устройства обладают превосходными характеристиками. Приборы серии имеют максимальную частоту дискретизации 1,25 Гвыб/с, скорость захвата до 1 000 000 осц/с (режим Ultra Acquire), максимальную память хранения до 25 млн. точек, высокое разрешение по вертикали 12 бит и низкий уровень собственного шума и позволяют работать с 2 или 4 аналоговыми каналами. Серия DHO800 — это экономичные цифровые осциллографы, разработанные для массового применения и отвечающие всем требованиям к проектированию, отладке и тестированию.
Серия представлена моделями DHO802, DHO804, DHO812, DHO814.

Серия DHO900 — высокопроизводительные и экономичные цифровые осциллографы с превосходными характеристиками. Они имеют скорость захвата до 1000000 осциллограмм в секунду (в режиме UltraAcquire), глубину памяти 50 Мбит/с, разрешение 12 бит и низкий уровень шума. Осциллографы серии DHO900 поддерживают 4 аналоговых и 16 цифровых каналов. Один прибор может выполнять анализ как аналоговых, так и цифровых сигналов. Доступная цена, эквивалентная цене прибора начального уровня, позволяет получить доступ к автоматическому анализу последовательных и параллельных шин, анализу графика Боде и другим функциям, отвечающим требованиям испытаний в области НИОКР, образования и научных исследований.
В осциллографах RIGOL серии DHO900 содержаться такие функции, как:

• Цифровой осциллограф;
  
• Анализатор спектра;
  
• 3-битный цифровой вольтметр;
  
• 6-разрядный высокоточный частотомер и 48-битный сумматор;
  
• Логический анализатор;
  
• Генератор сигналов произвольной формы;
  
• Анализатор протоколов.
  

Серия представлена моделями DHO914, DHO914S, DHO924, DHO924S.

Серия осциллографов высокого разрешения DHO1000 обеспечивает улучшенную целостность и ценность сигнала благодаря новейшей платформе UltraVision III в сочетании с процессором собственной разработки "Centaurus". Благодаря полосе пропускания от 70 МГц до 200 МГц эти 2- и 4-канальные осциллографы серии обладают лучшими возможностями визуализации сигналов. Устройства серии обладают сверхнизким уровнем собственного шума для более чистых сигналов и более точными измерениями низкоуровневых сигналов. 12-битное разрешение экрана позволяет видеть мельчайшие искажения сигнала и выделять малые сигналы на уровне шумов.
Частота дискретизации прибора в реальном времени составляет до 2 Гвыб/с, а глубина записи до 100 млн. точек, что обеспечивает захват более детализированных сигналов в течение более длительных промежутков времени. Устройства оснащены 10,1-дюймовым HD сенсорным экраном, а фотоэлектронные органы управления на передней панели являются долговечными и обеспечивают более точное и плавное взаимодействие и упрощают работу с прибором.
Устройства серии представлены моделями DHO1072, DHO1074, DHO1102, DHO1104, DHO1202 и DHO1204, имеющими от 2 до 4 аналоговых канала и максимальной частотой дискретизации 2 Гвыб/с.

DHO4000 - cерия осциллографов высокого разрешения c разрядностью АЦП 12 бит и полосой пропускания до 800 МГц обеспечивает улучшенную целостность и ценность сигнала благодаря новейшей платформе UltraVision III в сочетании с процессором собственной разработки "Centaurus". Благодаря полосе пропускания от 200 МГц до 800 МГц эти 4-канальные осциллографы обладают лучшими возможностями визуализации сигналов для проектирования и отладки. Осциллографы серии обладают сверхнизким уровнем собственного шума для более чистых сигналов и более точным измерением низкоуровневых сигналов. 12-битное разрешение позволяет видеть мельчайшие искажения сигнала и выделять малые сигналы на уровне шумов.
Частота дискретизации в реальном времени составляет до 4 Гвыб/с, а глубина записи до 250 млн. точек, что обеспечивает захват более детализированных сигналов в течение более длительных промежутков времени. Устройство позволяет декодировать сигналы шин последовательной передачи данных в стандартной комплектации: SPI, I2C, RS-232/UART, CAN, LIN, имеет интерфейсы: USB-host, USB-device, LAN (c VNC Web), HDMI и поддерживает 41 тип автоматических измерений + математические функции. Вся серия оснащена 10,1-дюймовым HD сенсорным экраном и фотоэлектронными органами управления на передней панели.
Устройства серии представлены моделями DHO4204, DHO4404, DHO4804, имеющими 4 аналоговых канала и максимальную частоту дискретизации 4 Гвыб/с.

DS70000 - новейшая серия осциллографов с анализом спектра в реальном времени до 5 ГГц представлена моделями DS70304 и DS70504. Это высокопроизводительные прецизионные осциллографы с максимальной полосой пропускания в 5 ГГц, созданные на основе передовой платформы UltraVision III. Эта технология обеспечивает улучшенные технические характеристики, такие как частота дискретизации, объем памяти, скорость сбора данных и разрешение по вертикальной оси, по сравнению с более ранними моделями осциллографов.
Приборы серии DS70000 - комплексные инструменты последнего поколения, которые отвечают всем современным требованиям по тестированию. Осциллографы RIGOL серии DS70000 сочетают в себе пять независимых устройств в одном - цифровой осциллограф, спектроанализатор, цифровой вольтметр, точный частотометр и сумматор, анализатор протоколов. Кроме того, они поддерживают анализ сигналов различных шин данных и протоколов последовательной связи. Осциллографы оснащены большим поворотным основным дисплеем и небольшим дополнительным экраном для управления.
Благодаря уникальной платформе UltraVision III, осциллографы серии предлагает лучшие в своем классе показатели производительности и отвечают всем современным требованиям к измерительным приборам.

Вывод

В заключении хотелось бы отметить, что большое количество электрических приборов, используемых в различных областях техники, на самом деле представляют собой осциллографы с различными типами измерения сигнала. К примеру в медицине - это приборы для измерения электрокардиограмм и электроэнцефалограмм. А в автосервисах используется анализатор зажигания, отображающий форму искры для каждого из цилиндров. Все они по сути представляют собой осциллографы, выполняющие основную задачу — отображение изменений одного или нескольких входных сигналов.

Приобрести осциллографы RIGOL или другое оборудование вы можете связавшись с нами:

• По телефону: 8(800)775-86-69
• Электронной почте: Sales@3dtool.ru
• На нашем сайте: https://3dtool.ru/

Наша информация также публикуется в Telegram, Dzen и ВКонтакте